Mi-juin 2024, une campagne de collecte de données aéroportée est lancée par le CESBIO en collaboration avec le CNES dans le domaine de la réflectométrie GNSS. En effet, des signaux GNSS directs et réfléchis ont été enregistrés depuis un avion SAFIRE sur plusieurs sites en France notamment des zones agricoles, des zones forestières, et des plans d’eau. Les applications visées par cette collecte sont l’estimation de la biomasse forestière, la caractérisation de l’humidité des sols et la détermination de l’utilisation des sols en zones agricoles.
Objectif de la Campagne : Utiliser le GNSS pour la réflectométrie
Les équipes du CNES (Centre National d’Études Spatiales), de CESBIO et de M3 SYSTEMS ont embarqués à bord d’un avion SAFIRE, l’ATR-42, dépêché spécialement pour la campagne, pour survoler des territoires forestiers, agricoles et maritimes.
L’objectif de cette campagne est d’exploiter la réflectométrie GNSS pour l’estimation de la biomasse forestière et la caractérisation de l’humidité des sols. En effet, les vols qui ont couvert des zones forestières visent l’estimation de la biomasse forestière ; les vols qui ont couvert des zones agricoles du sud-ouest de la France sont destinés à caractériser l’humidité des sols et l’utilisation des sols. Toutes ces mesures aéroportées ont fait l’objet de campagnes de vérité terrain simultanées (humidité du sol in situ, indice de surface foliaire, rugosité) pour valider les traitements de réflectométrie mis en œuvre après la campagne.
Equipements d’enregistrement à bord d’un avion SAFIRE
Le projet a embarqué à bord de l’ATR-42 de SAFIRE trois enregistreurs GNSS complets, respectivement basés sur la solution Stella Record & Playback de M3 SYSTEMS et les solutions GLObal navigation satellite system Reflectometry Instrument (GLORI) du CESBIO. Le dispositif d’enregistrement comprend deux antennes mises à disposition par le CNES et le CESBIO, une pointant vers le zénith et une autre pointant vers le nadir. La campagne vise l’enregistrement de signaux GNSS sur 4 voies ou canaux simultanément : 1 canal pour les signaux directs (i.e. zénith) L1/E1 avec polarisation RHCP, 1 canal pour les signaux directs L5/E5a avec polarisation RHCP, 1 canal pour les signaux réfléchis (i.e. nadir) L5/E5a avec polarisation RHCP, 1 canal pour les signaux réfléchis L5/E5a avec polarisation LHCP. Pour cela, 4 cartes VST sont nécessaires sur le châssis Stella RP, et chaque VST est raccordé à un câble RF distinct, relié à l’antenne zénith ou nadir. Une horloge précise OCXO complète le montage pour permettre une meilleure synchronisation des 4 canaux, sans dérive dans le temps et avec un bruit de phase réduit. La numérisation des signaux est faite avec une quantification de 8 bits.
Tous les équipements et les configurations sélectionnés pour la campagne visent un enregistrement de haute qualité pour atteindre une bonne précision de mesures de réflectométrie lors de l’exploitation en temps différé de signaux enregistrés. Ceci explique par exemple le choix d’une quantification sur 8 bits au lieu de 4 bits, et l’usage d’une horloge OCXO au lieu d’une horloge TCXO.
Applications multiples pour l’étude de l’environnement
En plus de l’estimation de la biomasse forestière et de la caractérisation de l’humidité des sols, les données collectées en survolant des plans d’eau ou en zones maritimes pourront éventuellement être utilisées pour des applications d’altimétrie. En analysant la différence de temps de parcours entre les signaux directs et les signaux réfléchis, ainsi que leur différence de phase, des mesures altimétriques peuvent être déduites. Cette technique s’avère utile pour d’autres études environnementales, comme la mesure de la hauteur des vagues.
Une collaboration de longue date avec le CNES et le CESBIO
Depuis une dizaine d’années, le CNES a mené plusieurs projets de réflectométrie, mettant en lumière l’importance croissante de l’usage du GNSS pour des applications scientifiques notamment pour l’étude environnementale. Dans ce cadre, le CNES a collaboré avec M3 SYSTEMS sur divers projets depuis 2016. M3 SYSTEMS a notamment développé pour le compte du CNES un récepteur GNSS logiciel, doté de fonctionnalités spécifiques à la réflectométrie. Ce récepteur logiciel a aussi été mis à la disposition de CESBIO à travers sa collaboration avec le CNES.
